Há pouco mais de 50 anos, durante o que alguns chamam de idade de ouro do desenvolvimento da teoria dos buracos negros, ou seja, aproximadamente durante o período desde a descoberta em 1963 por Roy Kerr da sua solução que descreve um buraco negro em rotação, até à descoberta por Stephen Hawking da evaporação dos buracos negros em 1973, várias observações já tinham levado à astrofísicos postular a existência no coração das grandes galáxias de buracos negros supermassivos.
Observações feitas com o telescópio Hubble depois o James-Webb, incluindo os dos “Little Red Points” (LRD para Pequenos pontos vermelhosem inglês), continuaram a empurrar para o passado a data da existência destas estrelas compactas que podem conter entre um milhão e mais de dez mil milhões de massas solares. Eles repetidamente deixaram os astrofísicos perplexos sobre como tais gigantes poderiam se formar tão rapidamente no cosmos observável.
É claro que era certo que poderiam crescer através da acreção de grandes quantidades de gás ou da fusões sucessivas colisões de galáxias reveladas pelo Hubble. Mas as taxas de crescimento fornecidas pelas teorias sobre estes processos foram sempre mais ou menos problemáticas e, em qualquer caso, a existência precoce de sementes de buracos negros supermassivos teve de ser postulada. Aqui também encontramos um enigma.
Meu aluno de doutorado Daxal Mehta publicou um artigo em @NatureAstronomia esta manhã. Utilizando simulações cosmológicas de última geração, descobrimos que buracos negros de sementes leves podem crescer de forma extremamente eficiente em galáxias muito primitivas – preenchendo potencialmente a lacuna entre as sementes leves e pesadas. pic.twitter.com/dWr57ARudR
-John Regan (@jaregan) 21 de janeiro de 2026
Crescimento incrivelmente rápido de buracos negros
Num comunicado de imprensa do Departamento de físico da Universidade de Missouri, o astrofísico John Regan e seus colegas – incluindo Daxal Mehta, estudante de doutorado no departamento de física da Universidade de Missouri (MU) – dizem acreditar ter feito progressos significativos no caminho para resolução desses enigmas da física dos buracos negros gigantes. Detalhes completos estão em um artigo publicado, cuja versão de acesso aberto pode ser encontrada em arXiv.
Ainda assim, no comunicado de imprensa do MU, Daxal Mehta explica: “ Descobrimos que as condições caóticas que reinavam noUniverso primordial empurrou os primeiros buracos negros menores para se transformarem em buracos negros supermassivos, seguindo um frenesi que engoliu todo o matéria circundante. Graças a simulações de computador investigação de ponta, revelámos que a primeira geração de buracos negros – aqueles que nasceram apenas algumas centenas de milhões de anos depois do Big Bang – experimentaram um crescimento incrivelmente rápido, atingindo massas dezenas de milhares de vezes maiores que as dos nossos Sol. Anteriormente, pensava-se que estes minúsculos buracos negros eram demasiado pequenos para se tornarem os gigantescos buracos negros vistos nos centros das primeiras galáxias. O que demonstrámos aqui é que estes buracos negros primitivos, embora pequenos, são capazes de crescer a uma velocidade velocidade espetacular, em ótimas condições. »
Há quase dois anos, John Regan já estava trabalhando no problema das sementes dos buracos negros supermassivos. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Astronomia da Universidade de CambridgeYouTube
No início eram as estrelas supermassivas
Para perceber o que se passa é preciso começar por saber que o cenário agora reforçado pela equipa de investigadores é aquele em que tudo começa com o nascimento deestrelas supermassivo. Mencionemos, antes de examinar este ponto mais detalhadamente, que para outros tudo começa com buracos negros primordiais, ou seja, buracos negros formados porcolapso fenômeno gravitacional inicial, durante o Big Bang, de regiões onde as flutuações na densidade da matéria eram suficientes para produzir diretamente buracos negros de diferentes massas, em uma ampla faixa espectro dependendo da física em ação no momento.
É mais fácil e menos dispendioso em hipóteses prever a existência inicial, após o Big Bang, de estrelas supermassivas contendo de algumas centenas a algumas dezenas de milhares de massas solares.
Eles são necessariamente muito instáveis devido ao relatividade geral deEinsteinconforme mostrado por Chandrasekhar e Richard Feynman no início dos anos 1960, e deve entrar em colapso gravitacional, dando origem a buracos negros gigantes que poderiam ser o germes buracos negros supermassivos. Tais objetos poderiam então engolir massivamente gás, notadamente através de as famosas correntes frias.
O você sabia
A história das estrelas supermassivas é interessante e a saga teórica sobre elas continua desde o início da década de 1960, quando foram postuladas em 1963 por Fred Hoyle e William Fowler, já conhecidos por seu trabalho com Burbidges na nucleossíntese estelar.
Para os dois homens, tratava-se de explicar as surpreendentes observações relativas aos quasares que acabavam de surgir na astrofísica. A luminosidade intrínseca destes objetos parecia difícil de aceitar dada a sua mudança espectral para o vermelho, o que indicava que estavam muito distantes. Quantidades prodigiosas de energia tinham de ser liberadas a cada segundo e não era possível explicar isso a partir de reações de fusão termonuclear.
Foi então mais confortável intelectualmente assumir a existência de estrelas gigantes próximas da Via Láctea, ou mesmo na nossa Galáxia, mas com um campo gravitacional tão elevado que produzia o significativo desvio espectral para o vermelho observado – um efeito previsto por Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral. Essa hipótese também ajudou na criação da astrofísica relativística, pois tais estrelas devem necessariamente estar sujeitas a efeitos significativos da física de Einstein no que diz respeito ao campo gravitacional.
Neste quadro relativista, que remonta ao início da década de 1960 com o trabalho de Hoyle, Chandrasekhar, Salpeter e Zel’dovich, para citar apenas alguns, as investigações continuaram assumindo, a partir de 1964, que os quasares eram de facto objetos muito distantes, mas sim buracos negros supermassivos em rotação.
Admitida a existência de buracos negros gigantes de algumas centenas a algumas dezenas de milhares de massas solares provenientes do colapso de estrelas supermassivas, restava ainda explicar como poderiam ter crescido tão rapidamente, ao ponto de já serem muito mais massivos apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.
Um acréscimo do tipo super-Eddington
No trabalho hoje apresentado, os investigadores mostram, portanto, que o processo deacreçãochamado super-Eddington, tinha de funcionar, mas dadas as condições prevalecentes no jovem cosmos, este tipo de acreção poderia de facto resolver o enigma do rápido crescimento de buracos negros gigantes. Foi o que observaram com simulações numéricas levando em conta essas condições chamadas SEEDZ.
Para entender do que se trata a acreção super-Eddington, vamos começar explicando que a queda de matéria em uma estrela – especialmente quando ela é compacta, como buracos negros, estrelas de nêutrons e anãs brancas – é um mecanismo particularmente eficaz para a produção de radiação.
No caso dos dois primeiros, oenergia energia gravitacional liberada pelo acréscimo de uma massa dehidrogênio dados são dezenas de vezes maiores do que aqueles que estariam associados à sua conversão em hélio por fusão nos corações das estrelas. Há muito que sabemos que a acreção de matéria é uma boa forma de explicar a existência de fontes particularmente luminosas no domínio da raios X. Também podemos detectar buracos negros desta forma, quando eles estão engolindo matéria vinda de uma estrela companheira em um sistema binário.
O primeiro trabalho sobre a acumulação de gás por uma estrela foi o de Hoyle e Littleton em 1939, depois o de Hoyle e Bondi em 1944. Salpeter estudou esta questão no caso dos buracos negros em 1964, mas foi só em 1969 que um primeiro modelo de disco de acréscimo ser construído em torno de tal objeto por Lynden-Bell. Novikov, Page e Thorne construíram então modelos mais precisos no âmbito da relatividade geral em 1973-74.
Em 1921, o grande astrofísico Arthur Eddington descobriu que havia um limite máximo para a brilho de uma estrela de determinada massa. Este limite porta hoje seu nome. A existência de tal lei não é difícil de compreender. A radiação exerce uma pressão e se esta pressão for suficientemente grande, pode neutralizar o colapso gravitacional da matéria. Isto é precisamente o que acontece com as estrelas quando estão estáveis. Mas se a radiação for muito intensa, ela pode superar a força de atração e explodir a estrela. Podemos encontrar um Limite de Eddington para a luminosidade de uma matéria de acreção estelar. Este limite é tanto mais importante quanto a massa do objeto de acreção é elevada.
O limite de acreção de Eddington diz respeito inicialmente ao caso em que o colapso da matéria em direção ao corpo central tem simetria esférica. Quando a acreção segue um disco em torno de um buraco negro e, portanto, não é mais a mesma de acordo com as direções do espaço, pode ocorrer uma acreção supercrítica gerando uma luminosidade qualificada como super-Eddington. A teoria deste acréscimo exótico foi criada na década de 1980 por investigadores polacos e franceses, como Abramowicz e Lasota.